一种石墨烯-铜纳米粒子复合材料及其制备和应用，在经打磨好的玻碳电极或经过表面处理干纯的纯钛片上，形成具有三维构造无规律多级叠加的石墨烯片层，各个石墨烯片层大小不一，且有不同方向叠加石墨烯片层，部分石墨烯片层有翘起；铜纳米粒子密集的复合在石墨烯片层上。本发明专利技术个还提供了上述一种石墨烯-铜纳米粒子复合材料的制备方法，该方法简单易行，绿色环保，并且由该方法制备的石墨烯-铜多级纳米结构修饰的玻碳电极在电化学传感器方面具有很好的应用。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种多级纳米结构石墨烯-铜纳米粒子复合材料的制备以及在电化学传感器中的应用
技术介绍
石墨烯是一种由单层碳原子组成的二维新型碳材料，具有类似于密集蜂巢的超大共轭结构。自从2004年首次利用机械剥离得到高纯度单层石墨烯之后石墨烯就受到了广泛的关注。石墨烯具有很大的比表面积，高导电性，很强的机械强度，基于石墨烯的这些性质石墨烯被广泛的运用于合成纳米复合材料，制造化学生物传感器，以及其他一些电化学 原件等等。尽管石墨烯具有很十分卓越的性能以及诱人的应用前景，但是目前制约石墨烯发展的一些因素也依然存在很多。如高纯度的单层石墨烯很难大规模生产，化学氧化法得到的氧化石墨烯再还原制取的还原氧化石墨烯因难以控制其被还原的程度以及不能避免氧化石墨在化学还原的过程中再次被石墨的化等因素均将石墨烯本来所具有的优越性能大大折扣，同样化学气相沉积法中得到的石墨烯依然存在石墨烯被石墨化的过程。因此，怎样得到高比表面，还原程度较高的石墨烯是石墨烯发挥其高性能的关键。针对以上所提出的问题本专利技术结合氧化石墨烯的制备方法，提供了一种简单可行的制备石墨烯-铜的多级纳米结构的方法，结果测试表明这种新型的石墨烯-铜结构的纳米材料在电化学传感中具有很好的应用性能。
技术实现思路
本专利技术目的在于提供一种的多级纳米结构石墨烯-铜纳米粒子复合材料；具有此结构的复合材料具更大的比表面积。本专利技术的另一目的在于提供一种控制条件简单的可成功的一步合成还原的氧化石墨烯-铜纳米粒子的多级纳米结构的复合材料的制备方法；可有效的减少了氧化石墨烯在还原过程中的石墨化带来的石墨烯比表面减小的缺陷。一种石墨烯-铜纳米粒子复合材料，在经打磨好的玻碳电极或经过表面处理干纯的纯钛片上，形成具有三维构造无规律多级叠加的石墨烯片层，各个石墨烯片层大小不一，且有不同方向叠加石墨烯片层，部分石墨烯片层有翘起；铜纳米粒子密集的复合在石墨烯片层上。所述的复合材料是由石墨烯和铜纳米粒子经循环伏安电沉积复合而成。铜纳米粒子直径为30_70nm。本专利技术的一种石墨烯-铜纳米粒子的制备方法是，复合材料由石墨烯和铜纳米粒子经循环伏安电沉积复合而成；所述的循环伏安电沉积的过程是在电沉积溶液电压首先达到铜的还原电位，此时铜纳米粒子首先沉积，电位继续变化时会达到氧化石墨烯的还原电位，使得氧化石墨烯会在电极表面被还原，并沉积电极表面，通过这一循环，从而使得金属纳米粒子和还原的氧化石墨烯会同时沉积到电极表面并相互作用；重复上述电沉积操作；所述的电沉积溶液为含氧化石墨烯和铜纳米粒子前驱体的混合溶液。在进行循环伏安电沉积操作前要通入氮气除去溶液中的溶解氧。所述的循环伏安电沉积是以经过Al2O3粉末打磨过的玻碳电极或者经过表面处理的纯钛片为工作电极，以Pt电极或者Pd电极为对电极，饱和甘汞电极(SCE)或者Ag/AgCl电极参比电极。所述的混合溶液中氧化石墨烯的浓度为O. 1-0. 5g/L (最优选O. 3g/L);铜纳米粒子前驱体浓度为3-7mM (最优选5mM)。循环伏安电沉积的电位范围为-I. 4 -O. 6V。可将本专利技术上述方法得到的一种石墨烯-铜纳米粒子，用于制备电化学传感器。电化学还原的氧化石墨烯和铜纳米粒子相互作用在电极表面沉积形成一种新型·的多级纳米结构。制备氧化石墨烯-铜多级纳米结构的方法将分散好的石墨烯溶液和铜纳米粒子的前驱体配成规定浓度的混合溶液并且在电沉积操作之前要通入高纯氮30min，将导电基底(之前已经用Al2O3粉末打磨好的玻碳电极或者表面已经处理干净的纯钛片)作为工作电极，参比电极，对电极分别按三电极系统安置于配好的混合溶液中，在通入氮气保护和电磁搅拌器搅拌的条件下，利用电沉积的方法将石墨烯已经金属纳米粒子电沉积到基底电极上得到我们所需要的纳米复合材料。所用仪器为电化学工作站以及电磁搅拌器，所选择的电沉积方式为循环伏安法。将氧化石墨烯-铜纳米粒子电沉积到基底电极表面的步骤包括在电磁搅拌器搅拌以及通入氮气保护的条件下，先使用循环伏安法单独电沉积铜纳米粒子前驱体的正价离子，找到铜离子在这种酸碱度的缓冲溶液中的还原电位，然后再单独电沉积氧化石墨烯溶液同样的找出氧化石墨烯在这种酸碱度的缓冲溶液中的还原电位。然后同样在搅拌以及氮气保护的条件下将循环伏安的电沉积电位范围设定在可以同时将两种物质电沉积还原的电位范围内，使用循环伏安法电沉积之前配好备用的混合溶液一步将石墨烯铜纳米粒子电沉积到所选的基底电极上，通过控制条件得到我们所需要的复合材料的结构。实验所用氮气高纯氮铜纳米粒子的前驱体EDTA_Cu工作电极的选用使用直径为3mm玻碳电极或者纯钛片对比电极选用Pt或者Pd电极。参比电极选用饱和甘汞电极(SCE)或者Ag/AgCl电极。本专利技术的具体过程如下将工作电极(之前已经用Al2O3粉末打磨好的玻碳电极或者表面已经处理干净的纯钛片)，参比电极，对电极按照三电极系统组装于已经混合好的氧化石墨烯和EDTA-Cu的缓冲溶液内(之前已经通入氮气30min处理)，打开电磁搅拌器。在循环伏安电沉积的过程中，电压首先达到铜的还原电位，此时铜纳米粒子首先沉积，当电位继续变化时会达到氧化石墨烯的还原电位，这时候氧化石墨烯会在电极表面被还原，并且沉积到电极表面，在这一个循环中金属纳米粒子和还原的氧化石墨烯会同时沉积到电极表面并相互作用形成不同的纳米结构。我们在重复这种电沉积操作的过程中会不断的优化我们的电沉积的循环圈数，最终选择最佳的循环圈数。本专利技术方法具有操作简单，绿色环保，实验操作快捷的优点，在控制不同的实验条件下我们可以得到不同纳米结构的石墨烯-铜纳米粒子复合材料，在优化条件之后我们可以得到比表面增大很多的石墨烯-铜纳米粒子的多级纳米三维结构复合材料，有效的减少了因其他因素造成氧化石墨烯在还原过程中的石墨化带来的石墨烯比表面减小的缺陷。本方法制得的石墨烯-铜多级纳米结构可以广泛用于电化学传感领域。附图说明图I氧化石墨烯浓度为O. 3g/L和EDTA-Cu浓度为ImM电沉积所得到石墨烯-铜复合材料A的扫描电镜图。图2，图3分别为氧化石墨烯浓度为O. 3g/L和EDTA-Cu浓度为5mM电沉积所得到石墨烯-铜复合材料B在不同分辨率下的扫描电镜图。图4，图5氧化石墨烯浓度为O. 3g/L和EDTA-Cu浓度为IOmM电沉积所得到石墨烯-铜复合材料C在不同分辨率下的扫描电镜图。 图6氧化石墨烯浓度为O. 3g/L和EDTA-Cu浓度为ImM电沉积所得到石墨烯-铜复合材料A的XRD表征图。图7氧化石墨烯浓度为O. 3g/L和EDTA-Cu浓度为5mM电沉积所得到石墨烯-铜复合材料B的XRD表征图。图8氧化石墨烯浓度为O. 3g/L和EDTA-Cu浓度为IOmM电沉积所得到石墨烯-铜复合材料C的XRD表征图。图9氧化石墨烯-铜纳米粒子多级纳米结构修饰的玻碳电极分别在O. 75mM NaOH和O. 75mM NaOH+lmM葡萄糖的溶液中的循环曲线图。a，b分别为石墨烯-铜纳米粒子多级纳米结构在O. 75mM NaOH溶液以及含O. 75mM NaOH+lmM葡萄糖溶液中的循环伏安曲线图。图10裸玻碳电极，石墨烯修饰的玻碳电极以及石墨烯-铜纳米粒子的多级纳米结构修饰的玻碳电极分别在O. 75mMNaOH本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种石墨烯？铜纳米粒子复合材料，在经打磨好的玻碳电极或经过表面处理干纯的纯钛片上，形成具有三维构造无规律多级叠加的石墨烯片层，各个石墨烯片层大小不一，且有不同方向叠加石墨烯片层，部分石墨烯片层有翘起；铜纳米粒子密集的复合在石墨烯片层上。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：刘承斌，罗胜联，张航，唐艳红，杨琼，伍纳，
申请(专利权)人：湖南大学，
类型：发明
国别省市：
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